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第29页第三章中断系统基本内容：MCS-51的中断源；MCS-51的中断屏蔽；MCS-51的中断优先级；MCS-51的中断响应条件、响应过程、响应时间；MCS-51的中断应用举例重点内容：MCS-51的中断屏蔽；MCS-51的中断优先级；中断响应条件；中断程序的编写；中断源的扩展。基本要求：熟悉MCS-51的中断源；了解MCS-51的中断响应条件、响应过程、响应时间；会设定MCS-51的中断优先级；会编写中断服务程序；会进行中断源的扩展。难点内容：MCS-51的中断响应条件、响应过程、响应时间；中断服务程序的编写。3．1MCS－51的中断源8051有5个中断源，8052有6个（T2），其中2个由外部信号输入，称为外部中断，其余由内部产生称为内部中断。每个中断源都对应一个中断请求标志位，请求信号由特殊功能寄存器TCON和SCON中的相应位来锁定。1、0INT外部中断0请求信号的输入端2、1INT外部中断1请求信号的输入端3、T0定时计数器0溢出中断请求4、T1定时计数器1溢出中断请求5、TX/RX串行口中断请求3．2中断控制8051中断系统有以下四个特殊功能寄存器：①定时器控制寄存器TCON(用六位)o②串行口控制寄存器SCON(用二位)。③中断允许寄存器IE。④中断优先级寄存器IP。其中，TCON和SCON只有一部分位用于中断控制。通过对以上各特殊功能寄存器的各位进行置位或复位等操作，可实现各种中断控制功能。一、中断请求标志1、TCON中的中断标志位TCON是定时／计数器T0和T1的控制寄存器，同时也锁存T0和T1的溢出中断标志和外部中断0和1的中断标志等。与中断有关的位如下图所示：第30页8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88HTF1TF0IE1IT1IE0IT0各控制位的含义如下：；①TFl——定时器／计数器T1的溢出中断请求标志位。当启动T1计数以后，TI从初值开始加1计数，计数器最高位产生溢出时，由硬件使TFl置l，并向CPU发出中断请求。当CPU响应中断时，硬件将自动对TFl清00。②TF0——定时器／计数器T0的溢出中断请求标志位。含义与TF1相同o③IE1——外部中断1的中断请求标志。当检测到外部中断引脚l上存在有效的中断请求信号时，由硬件使IE1置1。当CPU响应该中断请求时，由硬件使IEl清0。④ITl——外部中断1的中断触发方式控制位。ITl＝0时，外部中断1程控为电平触发方式。CPU在每一个机器周期S5P2期间采样外部中断1请求引脚的输入电平。若外部中断l请求为低电平，则使lEl置1；若外部中断l请求为高电平，则使IEl清0。’：ITl＝l时，外部中断1程控为边沿触发方式oCPU在每一个机器周期S5P2期间采样外部中断1请求引脚的输入电平。如果在相继的两个机器周期采样过程中，一个机器周期采样到外部中断1请求为高电平，接着的下一个机器周期采样到外部中断l请求为低电平，则使IEl置l。直到CPU响应该中断时，才由硬件使IEl清0。⑤IE0——外部中断0的中断请求标志。其含义与IE1类同o⑥IT0——外部中断0的中断触发方式控制位。其含义与ITl类同。2．SCON中的中断标志位SCON为串行口控制寄存器，其低2位锁存串行口的接收中断和发送中断标志RI和TI。SCON中TI和RI的格式如图所示。TIRI各控制位的含义如下：①TI——串行口发送中断请求标志。CPU将一个数据写入发送缓冲器SBUF时，就启动发送。每发送完一帧串行数据后，硬件置位TI。但CPU响应中断时，并不清除TI，必须在中断服务程序中由软件对TI清0。②RI——串行口接收中断请求标志。在串行口允许接收时，每接收完一个串行帧，硬件置位RI。同样，CPU响应中断时不会清除RI，必须用软件对其清0。二、中断允许控制8051对中断源的开放或屏蔽是由中断允许寄存器IE控制的。IE的格式如下图所示。第31页EAESETlEXlET0EX0中断允许寄存器IE对中断的开放和关闭实现两级控制。所谓两级控制，就是有一个总的开关中断控制位EA(1E．7)，当EA＝0时，屏蔽所有的中断申请，即任何中断申请都不接受；当EA＝1时，CPU开放中断，但五个中断源还要由IE的低5位的各对应控制位的状态进行中断允许控制。IE中各位的含义如下：①EA——中断允许总控制位。EA＝0，屏蔽所有中断请求；EA＝1，CPU开放中断。对各中断源的中断请求是否允许，还要取决于各中断源的中断允许控制位的状态。②ES——串行口中断允许位。ES＝0，禁止串行口中断；ES＝1，允许串行口中断。③ETl——定时器／计数器T1的溢出中断允许位。ETl＝0，禁止T1中断；ETl＝l，允许T1中断。④EXl——外部中断l中断允许位。EXl＝0，禁止外部中断1中断；EXl＝l，允许外部中断1中断。⑤ET0——定时器／计数器T0的溢出中断允许位。ET0＝0，禁止T0中断；ET0＝1，允许T0中断。⑥EX0——外部中断0中断允许位。EX0＝0，禁止外部中断0中断；EX0＝1，允许外部中断0中断。例：假设允许片内定时器／计数器中断，禁止其他中断。试根据假设条件设置IE的相应值。解：(a)用字节操作指令MOVIE，8AH或MOVA8H，8AH(b)用位操作指令SETBET0；定时器／计数器0允许中断SETBETl；定时器／计数器l允许中断SETBEA；CPU开中断三、中断优先级控制8051有两个中断优先级，每一个中断请求源均可编程为高优先级中断或低优先级中断。中断系统中有两个不可寻址的“优先级生效”触发器，一个指出CPU是否正在执行高优先级的中断服务程序，另一个指出CPU是否正在执行低优先级中断服务程序。这两个触发器为1时，则分别屏蔽所有的中断请求。另外，8051片内有一个中断优先级寄存器IP，其格式如图所示。PSPTlPXlPT0PX0第32页IP中的低5位为各中断源优先级的控制位，可用软件来设定。各位的含义如下：①PS——串行口中断优先级控制位。②PT1——定时器／计数器T1中断优先级控制位。③PXl——外部中断1中断优先级控制位。④PT0——定时器／计数器T0中断优先级控制位。⑤PX0——外部中断0中断优先级控制位。若某几个控制位为1，则相应的中断源就规定为高级中断；反之，若某几个控制位为0，则相应的中断源就规定为低级中断。当同时接收到几个同一优先级的中断请求时，响应哪个中断源则取决于内部硬件查询顺序。其优先级顺序排列如下所示。中断源同级内的中断优先级外部中断0高定时器／计数器0溢出中断外部中断1定时器／计数器1溢出中断串行口中断最低有了IP的控制，可实现如下功能：(1)按内部查询顺序排队通常，系统中有多个中断源，因此就会出现数个中断源同时提出中断请求的情况。这样，就必须由设计者事先根据它们的轻重缓急，为每个中断源确定一个CPU为其服务的顺序号。当数个中断源同时向CPU发出中断请求时，CPU根据中断源属顺序号的次序依次响应其中断请求。(2)实现中断嵌套当CPU正在处理一个中断请求时，又出现了另一个优先级比它高的中断请求，这时，CPU就暂时中止执行对原来优先级较低的中断源的服务程序，保护当前断点，转去响应优先级更高的中断请求，并为其服务。待服务结束，再继续执行原来较低级的中断服务程序。该过程称为中断嵌套(类似于子程序的嵌套)，该中断系统称为多级中断系统。二级中断嵌套的中断过程如图下所示。第33页例：设8031的片外中断为高优先级，片内中断为低优先级。试设置IP相应值。解：(a)用字节操作指令MOVIP，#05H或MOV0B8H，#05H(b)用位操作指令SETBPX0SETBPXlCLRPSCLRPT0CLRPTl3．3中断处理过程中断处理过程可分为三个阶段，即中断响应、中断处理和中断返回。由于各计算机系统的中断系统硬件结构不同，中断响应的方式也有所不同。在此说明8051单片机的中断处理过程。以外设提出接收数据请求为例。当CPU执行主程序到第K条指令时，外设向CPU发一信号，告知自己的数据寄存器已“空”，提出接收数据的请求(即中断请求)。CPU接到中断请求信号，在本条指令执行完后中断主程序的执行并保存断点地址，然后转去准备向外设输出数据(即响应中断)。CPU向外设输出数据(中断服务)，数据输出完毕，CPU返回到主程序的第K+1条指令处继续执行(即中断返回)。在中断响应时，首先应在堆栈中保护主程序的断点地址(第K+1条指令的地址)，以便中断返回时，执行RETI指令能将断点地址从堆栈中弹出到PC，正确返回。由此可见，CPU执行的中断服务程序如同子程序一样，因此又被称作中断服务子程序。但两者的区别在于：子程序是用LCALL(或ACALL)指令来调用的，而中断服务子程序是通过中断请求实现的。所以，在中断服务子程序中也存在保护现场／恢复现场的问题。中断处理的大致流程图如课本图5－10所示。一、中断响应1、中断响应条件CPU响应中断的条件有：①有中断源发出中断请求。②中断总允许位EA＝l，即CPU开中断。③申请中断的中断源的中断允许位为l，即中断没有被屏蔽。④无同级或更高级中断正在被服务。⑤当前的指令周期已经结束。⑥若现行指令为RETI或者是访问IE或IP指令时，该指令以及紧接着的另一条指令已执行完。例如，CPU对外部中断的响应，当采用边沿触发方式时，CPU在每个机器周期的S5P2期间采样外部中断输入信号INTX(X=0，1)，如果在相邻的两次采样中，第一次采样到的INTX＝l，紧接着第二次采样到的INTX＝0，则硬件将特殊功能寄存器TCON中的IEX(X＝0，1)置l，请求中断。IEX的状态可一直保存下去，直到CPU响应此中第34页断，进入到中断服务程序时，才由硬件自动将IEX清0。由于外部中断每个机器周期被采样一次，因此，输入的高电平或低电平至少必须保持12个振荡周期(一个机器周期)，以保证能被采样到。2、中断响应操作过程8051的CPU在每个机器周期的S5P2期间顺序采样每个中断源，CPU在下一个机器周期S6期间按优先级顺序查询中断标志，如查询到某个中断标志为l，将在接下来的机器周期Sl期间按优先级进行中断处理。中断系统通过硬件自动将相应的中断矢量地址装入PC，以便进入相应的中断服务程序。8051单片机的中断系统中有两个不可编程的“优先级生效”触发器。一个是“高优先级生效”触发器，用以指明已进行高级中断服务，并阻止其他一切中断请求；一个是“低优先级生效”触发器，用以指明已进行低优先级中断服务，并阻止除高优先级以外的一切中断请求。8051单片机一旦响应中断，首先置位相应的中断“优先级生效”触发器，然后由硬件执行一条长调用指令LCALL，把当前PC值压入堆栈，以保护断点，再将相应的中断服务程序的入口地址(如外中断0的入口地址为0003H)送入PC，于是CPU接着从中断服务程序的入口处开始执行。对于有些中断源，CPU在响应中断后会自动清除中断标志，如定时器溢出标志TF0，TFl和边沿触发方式下的外部中断标志IE0，IEl；而有些中断标志不会自动清除，只能由用户用软件清除，如串行口接收发送中断标志RI，TI在电平触发方式下的外部中断标志IE0和IEl则是根据引脚INT0和INT1的电平变化的，CPU无法直接干预，需在引脚外加硬件(如D触发器)使其自动撤消外部中断请求。CPU执行中断服务程序之前，自动将程序计数器的内容(断点地址)压入堆栈保护起来(但不保护状态寄存器PSW的内容，也不保护累加器A和其他寄存器的内容)，然后将对应的中断矢量装入程序计数器PC，使程序转向该中断矢量地址单元中，以执行中断服务程序。各中断源及与之对应的矢量地址见课本表5—l中断源中断矢量地址外部中断0(INT0)0003H定时器T0中断000BH外部中断1(INTl)0013H定时器Tl中断001BH串行口中断0023H由于MCS—51系列单片机的两个相邻中断源中断服务程序入口地址相距只有8个单元，一般的中断服务程序是容纳不下的，通常是在相应的中断服务程序入口地址中放一条长跳转指令LJMP，这样就可以转到64KB的任何可用区域了。若